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I produttori di relè di protezione per le utenze e i quadri di media tensione devono garantire una comprovata esperienza nel rilevamento dei guasti, nei protocolli di comunicazione e nell'integrazione nella rete. Questa guida valuta i principali produttori e fornisce una lista di controllo strutturata per la selezione dei relè nella gamma da 3,3 kV a 36 kV.
Un relè di protezione è il cuore decisionale di ogni gruppo di quadri MT. Quando un alimentatore di distribuzione a 15 kV subisce un guasto fase-terra, il relè deve rilevare la corrente anomala, applicare la logica di coordinamento tempo-corrente ed emettere un comando di intervento, il tutto entro 20-40 millisecondi. Questa sequenza si completa prima che la maggior parte degli operatori noti lo sfarfallio delle luci.
I contatti di uscita del relè eccitano la bobina di sgancio dell'interruttore sotto vuoto, liberando l'energia immagazzinata nel meccanismo di funzionamento. La combinazione del tempo di funzionamento del relè (in genere 15-30 ms per gli elementi istantanei) e del tempo di apertura meccanica del VCB (25-60 ms) determina la durata totale dell'eliminazione del guasto. Ogni millisecondo è importante: l'energia dell'arco aumenta con il quadrato della corrente di guasto moltiplicata per il tempo.
I moderni relè numerici hanno soppiantato i predecessori elettromeccanici in 90% tutte le nuove installazioni. Questi dispositivi basati su microprocessore integrano funzioni di protezione multiple, interfacce di comunicazione e registrazione dei disturbi in un'unica piattaforma. L'attuale transizione del mercato è incentrata sull'adozione della norma IEC 61850: i produttori che hanno investito per tempo offrono ora implementazioni mature, mentre altri hanno adattato il protocollo all'hardware precedente con successo variabile.
Secondo la norma IEC 60255-151, i relè di protezione devono mantenere una precisione di temporizzazione di ±2,5% o ±10 ms (a seconda di quale sia il valore maggiore) per garantire un coordinamento prevedibile tra i dispositivi a monte e a valle. Questo standard stabilisce la linea di base rispetto alla quale devono essere valutati i prodotti di tutti i produttori.
La scelta del produttore sbagliato introduce rischi che vanno oltre la non conformità alle specifiche: punti ciechi della protezione dovuti a implementazioni inadeguate degli algoritmi, interventi fastidiosi dovuti a scarsa immunità al rumore, errori di integrazione che impediscono la connettività SCADA e interruzione del ciclo di vita quando i pezzi di ricambio diventano indisponibili. Il relè rappresenta 38% del costo totale del quadro, ma influenza 100% dell'affidabilità del sistema di protezione.
[Approfondimento degli esperti: Osservazioni sul campo]
Il mercato dei relè di protezione si divide in OEM globali con portafogli completi e specialisti regionali che servono applicazioni o aree geografiche specifiche.
Tier 1 - OEM globali
Siemens (SIPROTEC 5) offre un'architettura modulare che supporta configurazioni da semplici sovracorrenti a complessi schemi differenziali su sbarre. Il supporto nativo IEC 61850 Edizione 2.1 con latenze GOOSE inferiori a 4 ms si adatta alle applicazioni process-bus. L'esperienza sul campo conferma la solidità delle prestazioni in ambienti industriali difficili, anche se l'impegno iniziale di progettazione per configurazioni complesse supera quello di alcuni concorrenti.
ABB (Relion 615/620/630) copre la protezione di alimentatori, trasformatori e motori con un design coerente dell'interfaccia uomo-macchina. Il Platform Engineering Tool semplifica la configurazione di IEC 61850 e la base installata di ABB nelle applicazioni di pubblica utilità fornisce ampi progetti di riferimento. Il REF615 è diventato uno standard di fatto in molte specifiche delle utility.
Schneider Electric (Easergy P3/P5) si rivolge alla gamma 1-52 kV con dimensioni compatte adatte ad applicazioni retrofit. L'integrazione con la piattaforma EcoStruxure si rivolge agli operatori che cercano un'architettura SCADA/protezione unificata. Le caratteristiche di sicurezza informatica sono conformi ai requisiti IEC 62351.
Soluzioni di rete GE (serie Multilin 8) mantiene una forte presenza nelle utility nordamericane. La piattaforma Universal Relay offre un'eccezionale flessibilità per schemi di protezione complessi e l'integrazione delle misure di sincronismo rende questi relè adatti ad applicazioni di protezione ad ampio raggio.
SEL (Laboratori di ingegneria Schweitzer) domina i mercati delle utility e dell'industria del Nord America con relè progettati per un'estrema affidabilità. L'approccio conservativo di SEL ai nuovi protocolli fa sì che le implementazioni di IEC 61850 arrivino in ritardo rispetto ai concorrenti, ma con una validazione approfondita. Il relè di alimentazione SEL-751 e il differenziale per trasformatori SEL-487E dimostrano la loro attenzione alla sicurezza e all'affidabilità della protezione.
Livello 2 - Specialisti regionali
Elettricità Basler serve applicazioni industriali e di piccola utenza con una configurazione semplice e un prezzo competitivo. Il relè di sovracorrente BE1-851 offre funzioni essenziali senza complessità.
Beckwith Electric è specializzata nella protezione di generatori e trasformatori. Il relè per trasformatori M-3425A offre una protezione differenziale, da sovracorrente e termica completa, particolarmente efficace nell'interconnessione della generazione distribuita.
Ashida Electronics (India) fornisce relè numerici in tutta l'Asia e l'Africa a prezzi 30-50% inferiori ai produttori di primo livello. La qualità è migliorata significativamente dal 2018, anche se la profondità della rete di assistenza globale rimane limitata.
NR Electric (Cina) si è espansa oltre i mercati cinesi con offerte competitive, in particolare per quanto riguarda la protezione HVDC e FACTS. L'adozione da parte delle utility al di fuori dell'Asia richiede una valutazione degli impegni di supporto a lungo termine.
| Produttore | Edizione IEC 61850 | Latenza GOOSE | Bus di processo | Sicurezza informatica | Prezzo Posizione |
|---|---|---|---|---|---|
| Siemens SIPROTEC 5 | Ed. 2.1 | < 4 ms | Completo | Alto | Premio |
| ABB Relion | Ed. 2 | < 4 ms | Completo | Alto | Premio |
| SEL | Ed. 2 | < 5 ms | Limitato | Molto alto | Medio-alto |
| Schneider Easergy | Ed. 2 | < 5 ms | Serie P5 | Alto | Medio-alto |
| GE Multilin 8 | Ed. 2 | < 4 ms | Completo | Alto | Premio |
| Basler BE1 | Ed. 1 | < 8 ms | No | Moderato | Medio |
| Ashida Aegis | Ed. 2 | < 6 ms | No | Moderato | Bilancio |
La profondità del protocollo di comunicazione varia notevolmente da un produttore all'altro. Le strutture che implementano relè conformi allo standard IEC 61850 dimostrano miglioramenti misurabili nella velocità di isolamento dei guasti, con la messaggistica GOOSE peer-to-peer che riduce i tempi di interblocco delle zone da 100-150 ms a meno di 4 ms rispetto agli schemi cablati.
Per le installazioni che utilizzano ancora DNP3 o Modbus, verificare che le varianti di protocollo richieste (DNP3 Secure Authentication, Modbus TCP) siano supportate senza moduli hardware aggiuntivi.
Quando si specificano i relè di protezione per i gruppi di interruttori in vuoto, verificare la compatibilità della bobina di sgancio. Le bobine di sgancio dei VCB richiedono in genere 2-5 A a 24-220 V CC sostenuti per 50-100 ms. I contatti di uscita dei relè devono superare questi requisiti con un margine adeguato. Per una guida dettagliata sulle specifiche dei VCB, consultare il documento principi di funzionamento degli interruttori in vuoto che completano la selezione dei relè di protezione.
[Expert Insight: Commissioning Realities]
I relè di protezione installati in quadri elettrici esterni o in ambienti industriali devono affrontare condizioni molto più difficili rispetto alle sale relè a clima controllato.
I relè standard di tipo commerciale sono in grado di funzionare da -20°C a +55°C. Le varianti per ambienti difficili vanno da -40°C a +70°C, ma hanno un prezzo maggiorato di 15-25%. La tolleranza all'umidità di 95% RH senza condensa è adatta alla maggior parte delle installazioni, anche se gli ambienti tropicali possono richiedere un rivestimento conformale sui PCB interni.
Le classificazioni delle vibrazioni secondo la norma IEC 60255-21-1 sono suddivise in classi: La Classe 2 (0,5 g, 10-150 Hz) è adatta alla maggior parte delle applicazioni di commutazione, mentre le zone sismiche richiedono la certificazione di Classe 3. L'immunità EMC secondo la norma IEC 60255-26 Livello 4 rappresenta il minimo per la prossimità in MT, mentre i valori inferiori invitano a operazioni di disturbo dovute a transitori di commutazione.
L'interfaccia relè-interruttore determina l'efficacia dello schema di protezione. I relè moderni offrono una supervisione diretta delle bobine di intervento per rilevare le bobine aperte o in cortocircuito prima che un guasto richieda un intervento. Le funzioni di supervisione ravvicinata verificano lo stato di pronto intervento dell'interruttore, il controllo del sincronismo per le sorgenti in parallelo e la logica anti-pumping, che elimina i relè di interposizione esterni.
Il coordinamento del rilevamento dell'arco elettrico consente di ottenere tempi di intervento inferiori al ciclo, se correttamente implementato. I sensori sensibili alla luce rispondono in meno di 2,5 ms; in combinazione con il tempo di funzionamento del relè e il tempo di apertura del VCB, la durata totale dell'arco rimane inferiore a 100 ms per i sistemi coordinati correttamente. Verificare la compatibilità dei relè con i produttori di sensori di arco elettrico durante la fase di definizione delle specifiche.
Comprensione produttore di interruttori automatici sottovuoto Le offerte aiutano a specificare i margini di temporizzazione dei relè adatti a specifici meccanismi di funzionamento del VCB.
La maggior parte delle aziende adotta approcci ibridi che bilanciano i vantaggi della standardizzazione con le dinamiche competitive.
Gli ambienti di configurazione unificati riducono i costi di progettazione. Una piattaforma di relè standardizzata significa un unico programma di formazione, un unico inventario di ricambi e un unico sistema di gestione del firmware. La responsabilità dell'assistenza rimane inequivocabile in caso di problemi.
Le gare d'appalto mantengono la disciplina dei prezzi. Fornitori specializzati come Beckwith per la protezione dei trasformatori o SEL per le applicazioni dei generatori offrono una profondità che i portafogli generalisti potrebbero non avere. La resilienza della catena di fornitura migliora quando esistono più fonti qualificate.
Standardizzare le applicazioni ad alto volume: la protezione dell'alimentatore rappresenta 60-70% della quantità di relè nelle sottostazioni tipiche. Consentire l'utilizzo di fornitori specializzati per applicazioni complesse in cui l'esperienza unica giustifica la complessità dell'integrazione. Stabilire chiare specifiche di interfaccia quando si mescolano le piattaforme.
Gli impianti industriali con personale limitato per la progettazione della protezione traggono il massimo vantaggio dalla standardizzazione da un'unica fonte. L'onere ingegneristico di mantenere la competenza su più strumenti di configurazione dei relè spesso supera i risparmi ottenuti con le gare d'appalto.
Per le specifiche dei quadri elettrici completi, compresi i dispositivi di protezione e le apparecchiature primarie, il produttore di componenti per quadri elettrici La guida fornisce un contesto pertinente in materia di appalti.
I gruppi VCB XBRELE si adattano alle principali piattaforme di relè di protezione, tra cui Siemens SIPROTEC, ABB Relion, SEL e Schneider Easergy. Le disposizioni di montaggio pre-ingegnerizzate supportano configurazioni standard di rack e pannelli da 19 pollici senza modifiche sul campo.
La temporizzazione del relè di protezione si coordina con i meccanismi di funzionamento del VCB XBRELE durante la verifica in fabbrica. Il tempo totale di eliminazione del guasto - tempo di funzionamento del relè più tempo di apertura del VCB - è inferiore a 100 ms per le configurazioni standard. Per le applicazioni che richiedono una protezione sottociclo è disponibile l'integrazione del rilevamento dell'arco elettrico.
Contattate il team tecnico di XBRELE per discutere i requisiti di integrazione dei relè di protezione per le specifiche dei vostri interruttori in vuoto.
Riferimento esterno: IEC 62271-106 - Norma IEC 62271-106 per contattori in c.a.
R: I relè numerici raggiungono in genere 20-25 anni di servizio operativo, con i produttori che garantiscono la disponibilità di parti di ricambio per almeno 15 anni; la durata effettiva dipende dalle condizioni ambientali e dalla continuità del supporto firmware.
R: La norma IEC 61850 consente l'interoperabilità tra più fornitori attraverso la messaggistica GOOSE standardizzata, anche se i test di interoperabilità durante la messa in servizio rimangono essenziali perché esistono variazioni di implementazione tra i produttori e le generazioni di prodotti.
R: La prassi del settore raccomanda una revisione annuale del registro di autotest e un'ispezione visiva, con test di iniezione completi ogni 4-6 anni in base alla criticità e all'esposizione ambientale.
R: La protezione standard di un alimentatore MT richiede le funzioni 50/51 (sovracorrente di fase), 50N/51N (guasto a terra) e spesso 67/67N (sovracorrente direzionale); gli alimentatori per trasformatori aggiungono in genere le funzioni 87 (differenziale) e 49 (termica).
R: GOOSE fornisce una segnalazione peer-to-peer basata su Ethernet con latenze inferiori a 4-5 ms, mentre i circuiti cablati utilizzano la chiusura fisica dei contatti; le applicazioni critiche spesso implementano entrambi i metodi per la ridondanza.
R: Le utility devono verificare la conformità agli standard di autenticazione IEEE 1686 e IEC 62351, l'implementazione del controllo degli accessi basato sui ruoli, le opzioni di comunicazione crittografate e le funzionalità di registrazione degli eventi di sicurezza prima dell'approvazione dell'acquisto.
R: Le installazioni all'esterno richiedono in genere un intervallo di temperatura esteso (da -40°C a +70°C), una classificazione di vibrazione IEC 60255-21-1 Classe 2 o superiore e opzioni di rivestimento conforme per la protezione dall'umidità nei climi tropicali.
